目前普遍使用的物理靶面大多，如圖1所示，物理靶面由靶心和以靶心中心為圓心的一系列環(huán)線等組成,。作為基準,，靶面圖像中環(huán)線的識別和處理直接影響到報靶精度。在報靶精度要求不高的情況下,，一般將圖像中靶環(huán)作為標準的圓來處理,。在實際中，由于靶面與光學系統(tǒng)的不垂直及光學系統(tǒng)的畸變,，圖像會產(chǎn)生相應的畸變,，其結果是圖像中的環(huán)線并非正圓，所以由上述方法算得到的結果存在較大的誤差,。因此環(huán)形靶面由于其固有缺陷,，使報靶精度受到較大影響。
在條件允許的情況下,，如果對物理靶面進行改造,，或者根據(jù)實際應用設計物理靶面，往往能夠得到更高的報靶精度,。文中提出了一種基于點控制的自動報靶系統(tǒng),，該系統(tǒng)采用標識點作為控制點，其相對靶面中心的位置已知,，這些點具有已知半徑,，降低了識別難度，一般的噪聲不會對其產(chǎn)生嚴重影響,。采用簡單的閾值就可以實現(xiàn)點的分割,，大大減小了圖像預處理工作，提高了系統(tǒng)的實時性,。針對點控制,，文中提出了采用距離加權平均法來計算靶數(shù)，避免了圖像的幾何矯正工作,，同時保證了報靶精度,，系統(tǒng)的通用性也大大增強。
1 靶面設計及系統(tǒng)工作原理
相對于傳統(tǒng)方法,，基于點控制的自動報靶系統(tǒng)的物理靶面只是在普通靶上增加了一些點,，這些點以環(huán)線上的點為圓心，那么,，從靶心中心點到這些控制點中心的距離就是該控制點所在靶環(huán)的半徑,。每個環(huán)線上平均分布著若干個點，圓環(huán)半徑越小,，圓環(huán)上的控制點相對也越密集,，計算精度也相對越高。圖2給出了用控制點對環(huán)線進行12等分的靶面示意圖。
系統(tǒng)主要分兩步來完成報靶工作,。首先,，在射擊前完成對靶面背景圖像的采集和處理。通過閾值將各控制點從背景圖像中分割出來,，由于控制點半徑相對很小,，圖像畸變對其影響很小，可以采用各控制點的重心作為其中心坐標,，然后再從這些點中確認出靶心中心,。其次，射擊完畢后,，采集靶面圖像,，將采集到的圖像和背景圖像進行差處理，獲取彈孔圖像,，求取彈孔最內側點相對靶心的距離R’,，根據(jù)圖像比例關系，計算物理靶面上彈孔距離靶心的實際距離R,，靶面上的最大的環(huán)線半徑已知,，根據(jù)下式計算靶數(shù)
2 關鍵算法
2．1 靶心的求取
在諸多控制點中確認出靶心是后續(xù)工作的基礎，為了工作的簡便,，可以對靶心進行特殊處理(比如尺寸不同等),。為了使系統(tǒng)更具一般性和普遍性,，通過算法來實現(xiàn)：對每一個點求取其到其它所有控制點的距離和,，其中和最小的這個點即為靶心，下面給出理論依據(jù),。
將環(huán)線12等分,，設為D1中心o到小圓a上各點距離平方和。如圖3(a)所示,，a1,、a2、……,、a12分別為分布在小圓上的12個控制點,，小圓半徑記為r，則
設D2為中心o到大圓b上各點距離平方和,，如圖3(b)所示,，b1、b2,、……,、b12分別為分布在小圓b上的12個控制點，大圓半徑記為R，則
在小圓a上任取一點,，不妨取a1點,，a1點到小圓其它各點以及到中心o的距離和設為D3，則
b1點到小圓上各點距離之和設為D’4則
由式(6)和式(9)可知,，靶心到其它各點的距離之和相比其它各點到其它點的距離之和要小,。
2．2 彈孔到靶心距離R的確定
由式(1)可以看出，R的計算精度唯一而直接地影響著報靶精度,，針對點控制,，提出了采用距離加權平均法來計算R。已知靶面上有n個控制點,，適當選取其中距離彈孔眠最近的m個點作為控制點,，分別記為M1、M2,、…,、Mm。物理靶面上這些點到靶心中心的距離分別為R1,，R2,，…，Rm,；像面上M0到這些點的距離分別為r1,、r2、…,、rm,，把1／ri(i=1，2,，…,，m)作為權重，采用加權平均的方法求取M0到中心基準點o的距離R,，則
以m為例,，如圖4所示，假設M1,、M2,、M3和M4分別為最靠近彈孔M0的4個點，o為中心基準點,，o到M1,、M2、M3和的距離為R1,、R2,、R3和R4,，則
很好地反映實際情況。
3 精度檢測
為了便于檢測,，這里采用激光光斑模擬彈孔,。檢測設備布置，如圖5所示,，準直激光光束經(jīng)過加裝在高精度電子經(jīng)緯儀目鏡上的平面反射鏡反射后,，在靶面上形成一光斑。調節(jié)電子經(jīng)緯儀,，使得激光光束垂直于靶面,，光斑和靶心基本重合，經(jīng)緯儀讀數(shù)為(α,，β),，把這個點記為T1；調節(jié)經(jīng)緯儀,，激光光束轉過一定的角度,，經(jīng)緯儀讀數(shù)為(α’，β’),，此時的光斑記作T2,，這時激光光束轉過的角度為(2(α’一α)，2(β’一β)),。假設經(jīng)緯儀到靶面的距離為l,，則光斑在物理靶面上的位移△x可以通過下式計算得到
假設T1和T2圖像上的中心為T’1和T’2，靶心為T,，將T’1和T’2進行統(tǒng)一的坐標平移,，平移后T’1和T重合。此時,，T1可以看作靶心位置,，T’2可以看作彈孔的位置,，由本系統(tǒng)計算出T’2到T’1的距離△x’,，即彈孔到靶心的距離R。令△=△x’-△x,，則△的值就是測試的誤差,。
以上系統(tǒng)精度檢測時，靶面距離電子經(jīng)緯儀的距離l=3 880 mm,，相機距幕靶板距離為1 550 mm,。
從表1中的數(shù)據(jù)可以看出，從ccD相機到軟件處理系統(tǒng),，整個彈孔的檢測誤差小于一個像素,。
4 結束語
文中對傳統(tǒng)的基于圖像處理技術的自動報靶系統(tǒng)進行了分析,，針對其不足之處，提出了基于點控制的自動報靶系統(tǒng),，采用點控制代替線控制,，降低了圖像識別的難度，大大減小了圖像預處理工作,，達到了系統(tǒng)的實時性要求,。針對點控制，提出了距離加權平均法來計算靶數(shù),，避免了繁雜的圖像幾何矯正工作,。通過模擬實驗證明了該方法的可行性，并且具有較高的報靶精度,。本系統(tǒng)亦可應用于多管平行度測量的工程中,，并可得到很好的結果。